JP5844225B2 - 内燃機関の内部ｅｇｒ量算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の内部ＥＧＲ量を算出する内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置に関する。

従来、内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内部ＥＧＲ量算出装置では、残留既燃ガス量に吹き返しガス量を加算することにより、内部ＥＧＲ量が算出される。この残留既燃ガス量は、気筒内に残留する既燃ガス量であり、具体的には、気体の状態方程式により、筒内容積などを用いて算出される。

また、吹き返しガス量は、バルブオーバーラップ期間中、吸気通路と排気通路の間での圧力差に起因して、既燃ガスが排気通路から吸気通路側に一旦流れた後、気筒内に吹き返された既燃ガスの量を表している。この吹き返しガス量は、既燃ガスが流れる流路をノズルと見なし、ノズルの方程式を用いて算出される。

このノズルの方程式は、有効開口面積の時間積分値Σ（μＡ）を含んでいる。この有効開口面積の時間積分値Σ（μＡ）は、具体的には、有効開口面積をクランク角について積分することにより、クランク角積分値ｆ１（ＯＬ）を算出し、これを機関回転数ＮＥで除算することによって算出される。

特開２００４−２５１１８２号公報

一般に、内燃機関の場合、吸気弁および／または排気弁のバルブタイミングが変更されると、吸気弁および排気弁の開弁期間中において気筒内から流出入するガス量（以下「筒内流出入ガス量」という）が変化することになる。これに対して、特許文献１の内部ＥＧＲ量算出装置の場合、このようなバルブタイミングの変更に伴う筒内流出入ガス量の変化を考慮することなく、バルブオーバーラップ期間中の吹き返しガス量しか考慮していない。そのため、バルブタイミングの変更によって筒内流出入ガス量が変化したときに、その影響によって内部ＥＧＲ量の算出精度が低下してしまうことになる。これに加えて、吹き返しガス量の算出式が有効開口面積の時間積分値Σ（μＡ）を含んでいる関係上、この有効開口面積の時間積分値Σ（μＡ）を算出する際、有効開口面積をクランク角について積分する必要があるので、その分、演算負荷が高くなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、吸気弁および／または排気弁のバルブタイミングが変更されたときでも、それに応じて内部ＥＧＲ量を適切かつ容易に算出することができ、内部ＥＧＲ量の算出精度を向上させることができる内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気弁４および排気弁５の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することによって、気筒３ａ内に残留する既燃ガス量である内部ＥＧＲ量が変更されるとともに、とともに、バルブタイミングの変更状態にかかわらず、１燃焼サイクル中にバルブオーバーラップが発生するように構成された内燃機関３の内部ＥＧＲ量算出装置１であって、バルブタイミングを取得するバルブタイミング取得手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ３０、吸気カム角センサ３６、排気カム角センサ３７）と、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒３ａ内に残留する既燃ガス量である基準筒内ガス量（基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０）を算出する基準筒内ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、バルブタイミングに応じて、吸気弁４および排気弁５の開弁期間中において気筒３ａ内に流出入する既燃ガスの、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量を流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）として算出する流出入ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ９）と、基準筒内ガス量（基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０）に流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）を加算することにより、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出する内部ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１０）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置によれば、基準筒内ガス量および流出入ガス変化量に基づき、内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、流出入ガス変化量は、バルブタイミングに応じて、吸気弁および排気弁の開弁期間中において気筒内に流出入する既燃ガスの、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量として算出される。一方、基準筒内ガス量は、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒内に残留する既燃ガス量であるので、この基準筒内ガス量に上述した流出入ガス変化量を加算することにより、内部ＥＧＲ量を算出することによって、バルブタイミングの変更に伴う気筒内に流出入する既燃ガス量の変化を反映させながら、内部ＥＧＲ量を適切にかつ精度よく算出することができる。それにより、内部ＥＧＲ量の算出精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、吸気弁４および排気弁５の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することによって、気筒３ａ内に残留する既燃ガス量である内部ＥＧＲ量が変更される内燃機関３の内部ＥＧＲ量算出装置１であって、バルブタイミングを取得するバルブタイミング取得手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ３０、吸気カム角センサ３６、排気カム角センサ３７）と、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒３ａ内に残留する既燃ガス量である基準筒内ガス量（基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０）を算出する基準筒内ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、バルブタイミングに応じて、吸気弁４および排気弁５の開弁期間中において気筒３ａ内に流出入する既燃ガスの、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量を流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）として算出する流出入ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ９）と、基準筒内ガス量（基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０）および流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）に基づき、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出する内部ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１０）と、を備え、吸気弁４のバルブタイミングが変更可能に構成されており、バルブタイミング取得手段は、吸気弁４のバルブタイミング（吸気カム位相ＣＡＩＮ）を取得し、吸気弁４のバルブタイミング（吸気カム位相ＣＡＩＮ）に基づき、気筒３ａ内から流出する既燃ガス量の、吸気弁４のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流出ガス変化量（流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ）として算出する流出ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３，４，７）をさらに備え、流出入ガス変化量算出手段は、流出ガス変化量（流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ）に基づき、流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）を算出することを特徴とする。
この内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置によれば、基準筒内ガス量および流出入ガス変化量に基づき、内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、流出入ガス変化量は、バルブタイミングに応じて、吸気弁および排気弁の開弁期間中において気筒内に流出入する既燃ガスの、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量として算出される。一方、基準筒内ガス量は、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒内に残留する既燃ガス量であるので、この基準筒内ガス量と上述した流出入ガス変化量に基づいて、内部ＥＧＲ量を算出することにより、バルブタイミングの変更に伴う気筒内に流出入する既燃ガス量の変化を反映させながら、内部ＥＧＲ量を適切にかつ精度よく算出することができる。さらに、吸気弁のバルブタイミングに基づき、気筒内から流出する既燃ガス量の、吸気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分が、流出ガス変化量として算出され、流出ガス変化量に基づき、流出入ガス変化量が算出されるとともに、基準筒内ガス量および流出入ガス変化量に基づき、内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、基準筒内ガス量は、吸気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒内に残留する既燃ガス量であり、流出ガス変化量は吸気弁のバルブタイミングに基づいて算出されるので、基準筒内ガス量、流出ガス変化量、流出入ガス変化量および内部ＥＧＲ量を１回の算出処理で算出することができる。それにより、積分演算処理を必要とする特許文献１の算出手法と比べて、内部ＥＧＲ量を容易に算出することができ、内部ＥＧＲ量を算出する際の演算負荷を低減することができる。その結果、商品性を向上させることができる。

請求項３に係る発明は、吸気弁４および排気弁５の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することによって、気筒３ａ内に残留する既燃ガス量である内部ＥＧＲ量が変更される内燃機関３の内部ＥＧＲ量算出装置１であって、バルブタイミングを取得するバルブタイミング取得手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ３０、吸気カム角センサ３６、排気カム角センサ３７）と、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒３ａ内に残留する既燃ガス量である基準筒内ガス量（基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０）を算出する基準筒内ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、バルブタイミングに応じて、吸気弁４および排気弁５の開弁期間中において気筒３ａ内に流出入する既燃ガスの、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量を流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）として算出する流出入ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ９）と、基準筒内ガス量（基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０）および流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）に基づき、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出する内部ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１０）と、を備え、吸気弁４および排気弁５の双方のバルブタイミングが変更可能に構成されており、バルブタイミング取得手段は、吸気弁４および排気弁５の双方のバルブタイミング（吸気カム位相ＣＡＩＮ、排気カム位相ＣＡＥＸ）を取得し、吸気弁４のバルブタイミング（吸気カム位相ＣＡＩＮ）に基づき、気筒３ａ内から流出する既燃ガス量の、吸気弁４のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流出ガス変化量（流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ）として算出する流出ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３，４，７）と、排気弁５のバルブタイミング（排気カム位相ＣＡＥＸ）に基づき、気筒３ａ内に流入する既燃ガス量の、排気弁５のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流入ガス変化量（流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ）として算出する流入ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５，６，８）と、をさらに備え、流出入ガス変化量算出手段は、流出ガス変化量（流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ）および流入ガス変化量（流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ）に基づき、流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）を算出する（ステップ９）ことを特徴とする。
この内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置によれば、基準筒内ガス量および流出入ガス変化量に基づき、内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、流出入ガス変化量は、バルブタイミングに応じて、吸気弁および排気弁の開弁期間中において気筒内に流出入する既燃ガスの、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量として算出される。一方、基準筒内ガス量は、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒内に残留する既燃ガス量であるので、この基準筒内ガス量と上述した流出入ガス変化量に基づいて、内部ＥＧＲ量を算出することにより、バルブタイミングの変更に伴う気筒内に流出入する既燃ガス量の変化を反映させながら、内部ＥＧＲ量を適切にかつ精度よく算出することができる。さらに、吸気弁のバルブタイミングに基づき、気筒内から流出する既燃ガス量の、吸気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分が、流出ガス変化量として算出され、排気弁のバルブタイミングに基づき、気筒内に流入する既燃ガス量の、排気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分が、流入ガス変化量として算出されるとともに、流出ガス変化量および流入ガス変化量に基づき、流出入ガス変化量が算出される。この場合、基準筒内ガス量は、吸気弁および排気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒内に残留する既燃ガス量であり、流出ガス変化量および流入ガス変化量はそれぞれ、吸気弁および排気弁のバルブタイミングに基づいて算出されるので、基準筒内ガス量、流出ガス変化量、流入ガス変化量、流出入ガス変化量および内部ＥＧＲ量を１回の算出処理で算出することができる。それにより、積分演算処理を必要とする特許文献１の算出手法と比べて、内部ＥＧＲ量を容易に算出することができ、内部ＥＧＲ量を算出する際の演算負荷を低減することができる。その結果、商品性を向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の内部ＥＧＲ量算出装置１において、内燃機関３の排気通路９内の排ガスの温度である排気温Ｔｅｘを取得する排気温取得手段（排気温センサ３５）と、内燃機関３の排気通路９内の排ガスの圧力である排気圧Ｐｅｘを取得する排気圧取得手段（排気圧センサ３４）と、バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの気筒３ａの容積である基準筒内容積Ｖｃｙｌｉｎ＿０を取得する基準筒内容積取得手段（ＥＣＵ２、ステップ１）と、をさらに備え、基準筒内ガス量算出手段は、排気温Ｔｅｘ、排気圧Ｐｅｘおよび基準筒内容積Ｖｃｙｌｉｎ＿０に基づき、気体の状態方程式（式（１））を用いることによって、基準筒内ガス量（基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０）を算出することを特徴とする。
この内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置によれば、基準筒内ガス量が、排気温、排気圧および基準筒内容積に基づき、気体の状態方程式を用いることによって算出される。一般的な内燃機関の場合、吸気弁が開き始めるタイミングでは、排気弁が開弁状態にあることで、筒内ガスの圧力および温度はそれぞれ、排気圧および排気温にほぼ等しい状態になる。したがって、そのような排気温および排気圧を用いて、基準筒内ガス量を算出することにより、基準筒内ガス量を精度よく算出することができる。それにより、内部ＥＧＲ量の算出精度を高いレベルに維持することができる（なお、本明細書における「バルブタイミングを取得」や、「排気温を取得」、「排気圧を取得」、「基準筒内容積を取得」などにおける「取得」は、センサなどによりこれらのパラメータを直接検出することや、これらのパラメータを他のパラメータに基づいて推定することを含む）。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の内部ＥＧＲ量算出装置１において、吸気弁４のバルブタイミングが変更可能に構成されており、バルブタイミング取得手段は、吸気弁４のバルブタイミング（吸気カム位相ＣＡＩＮ）を取得し、吸気弁４のバルブタイミング（吸気カム位相ＣＡＩＮ）に基づき、気筒３ａ内から流出する既燃ガス量の、吸気弁４のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流出ガス変化量（流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ）として算出する流出ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３，４，７）をさらに備え、流出入ガス変化量算出手段は、流出ガス変化量（流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ）に基づき、流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）を算出することを特徴とする。
この内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置によれば、吸気弁のバルブタイミングに基づき、気筒内から流出する既燃ガス量の、吸気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分が、流出ガス変化量として算出され、流出ガス変化量に基づき、流出入ガス変化量が算出されるとともに、基準筒内ガス量および流出入ガス変化量に基づき、内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、基準筒内ガス量は、吸気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒内に残留する既燃ガス量であり、流出ガス変化量は吸気弁のバルブタイミングに基づいて算出されるので、基準筒内ガス量、流出ガス変化量、流出入ガス変化量および内部ＥＧＲ量を１回の算出処理で算出することができる。それにより、積分演算処理を必要とする特許文献１の算出手法と比べて、内部ＥＧＲ量を容易に算出することができ、内部ＥＧＲ量を算出する際の演算負荷を低減することができる。その結果、商品性を向上させることができる。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の内部ＥＧＲ量算出装置１において、排気弁５のバルブタイミングが変更可能に構成されており、バルブタイミング取得手段は、排気弁５のバルブタイミング（排気カム位相ＣＡＥＸ）を取得し、排気弁５のバルブタイミング（排気カム位相ＣＡＥＸ）に基づき、気筒３ａ内に流入する既燃ガス量の、排気弁５のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流入ガス変化量（流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ）として算出する流入ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５，６，８）をさらに備え、流出入ガス変化量算出手段は、流入ガス変化量（流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ）に基づき、流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）を算出することを特徴とする。

この内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置によれば、排気弁のバルブタイミングに基づき、気筒内に流入する既燃ガス量の、排気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分が、流入ガス変化量として算出され、流入ガス変化量に基づき、流出入ガス変化量が算出されるとともに、基準筒内ガス量および流出入ガス変化量に基づき、内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、基準筒内ガス量は、排気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒内に残留する既燃ガス量であり、流入ガス変化量は排気弁のバルブタイミングに基づいて算出されるので、基準筒内ガス量、流入ガス変化量、流出入ガス変化量および内部ＥＧＲ量を１回の算出処理で算出することができる。それにより、積分演算処理を必要とする特許文献１の算出手法と比べて、内部ＥＧＲ量を容易に算出することができ、内部ＥＧＲ量を算出する際の演算負荷を低減することができる。その結果、商品性を向上させることができる。

請求項７に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の内部ＥＧＲ量算出装置１において、吸気弁４および排気弁５の双方のバルブタイミングが変更可能に構成されており、バルブタイミング取得手段は、吸気弁４および排気弁５の双方のバルブタイミング（吸気カム位相ＣＡＩＮ、排気カム位相ＣＡＥＸ）を取得し、吸気弁４のバルブタイミング（吸気カム位相ＣＡＩＮ）に基づき、気筒３ａ内から流出する既燃ガス量の、吸気弁４のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流出ガス変化量（流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ）として算出する流出ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３，４，７）と、排気弁５のバルブタイミング（排気カム位相ＣＡＥＸ）に基づき、気筒３ａ内に流入する既燃ガス量の、排気弁５のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流入ガス変化量（流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ）として算出する流入ガス変化量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５，６，８）と、をさらに備え、流出入ガス変化量算出手段は、流出ガス変化量（流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ）および流入ガス変化量（流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ）に基づき、流出入ガス変化量（内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１）を算出する（ステップ９）ことを特徴とする。

この内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置によれば、吸気弁のバルブタイミングに基づき、気筒内から流出する既燃ガス量の、吸気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分が、流出ガス変化量として算出され、排気弁のバルブタイミングに基づき、気筒内に流入する既燃ガス量の、排気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分が、流入ガス変化量として算出されるとともに、流出ガス変化量および流入ガス変化量に基づき、流出入ガス変化量が算出される。この場合、基準筒内ガス量は、吸気弁および排気弁のバルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに気筒内に残留する既燃ガス量であり、流出ガス変化量および流入ガス変化量はそれぞれ、吸気弁および排気弁のバルブタイミングに基づいて算出されるので、基準筒内ガス量、流出ガス変化量、流入ガス変化量、流出入ガス変化量および内部ＥＧＲ量を１回の算出処理で算出することができる。それにより、積分演算処理を必要とする特許文献１の算出手法と比べて、内部ＥＧＲ量を容易に算出することができ、内部ＥＧＲ量を算出する際の演算負荷を低減することができる。その結果、商品性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る内部ＥＧＲ量算出装置およびこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。 可変吸気カム位相機構および可変排気カム位相機構による吸気弁および排気弁のバルブタイミングの変更状態を示すバルブリフト曲線である。 ＣＡＩＮ＝ＣＡＥＸ＝０の場合において、（ａ）ピストンが排気上死点の手前にあるときの既燃ガスの流れと、（ｂ）ピストンが排気上死点を通過した以降の既燃ガスの流れを模式的に示す図である。 ＣＡＩＮ＝ＣＡＥＸ＝０の場合の内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１と、既燃ガスの気筒外への流出量および気筒内への流入量をそれぞれ示す図である。 ＣＡＩＮ＝０，ＣＡＥＸ＞０の場合の吸気弁および排気弁のバルブリフト曲線である。 ＣＡＩＮ＝０，ＣＡＥＸ＞０の場合において、（ａ）ピストンが排気上死点の手前にあるときの既燃ガスの流れと、（ｂ）ピストンが排気上死点を通過した以降の既燃ガスの流れを模式的に示す図である。 ＣＡＩＮ＝０，ＣＡＥＸ＞０の場合の内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１と、既燃ガスの気筒外への流出量および気筒内への流入量をそれぞれ示す図である。 ＣＡＩＮ＝０，ＣＡＥＸ＞０の場合の筒内容積の変化量を説明するための図である。 ＣＡＩＮ＞０，ＣＡＥＸ＝０の場合の吸気弁および排気弁のバルブリフト曲線である。 ＣＡＩＮ＞０，ＣＡＥＸ＝０の場合において、（ａ）ピストンが排気上死点の手前にあるときの既燃ガスの流れと、（ｂ）ピストンが排気上死点を通過した以降の既燃ガスの流れを模式的に示す図である。 ＣＡＩＮ＞０，ＣＡＥＸ＝０の場合の内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１と、既燃ガスの気筒外への流出量および気筒内への流入量をそれぞれ示す図である。 ＣＡＩＮ＞０，ＣＡＥＸ＝０の場合の筒内容積の変化量を説明するための図である。 内部ＥＧＲ量の算出処理を示すフローチャートである。 筒内容積の吸気マップ値Ｖｃｙｌｉｎ＿ｍａｐの算出に用いるマップの一例を示す図である。 筒内容積の排気マップ値Ｖｃｙｌｅｘ＿ｍａｐの算出に用いるマップの一例を示す図である。 本発明の手法により、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出した場合の算出誤差の一例を示す図である。 比較のために、内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１＝０として、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出した場合の算出誤差の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置について説明する。図１に示すように、この内部ＥＧＲ量算出装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述する手法により、内部ＥＧＲ量を算出するとともに、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態などを制御する。

エンジン３は、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。また、エンジン３は、気筒３ａごとに設けられた吸気弁４（１つのみ図示）と、気筒３ａごとに設けられた排気弁５（１つのみ図示）と、吸気弁４を開閉駆動する吸気動弁機構１０と、排気弁５を開閉駆動する排気動弁機構２０などを備えている。

この吸気動弁機構１０は、吸気弁４を駆動する吸気カムシャフト１１と、可変吸気カム位相機構１２などで構成されている。この可変吸気カム位相機構１２は、吸気カムシャフト１１のクランクシャフト３ｃに対する相対的な位相（以下「吸気カム位相」という）ＣＡＩＮを無段階に（すなわち連続的に）進角側または遅角側に変更することで、吸気弁４のバルブタイミングを変更するものであり、吸気カムシャフト１１の吸気スプロケット（図示せず）側の端部に設けられている。

この可変吸気カム位相機構１２は、具体的には、本出願人が特開２００７−１００５２２号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、吸気カム位相制御弁１２ａなどを備えている。この可変吸気カム位相機構１２の場合、ＥＣＵ２からの駆動信号によって吸気カム位相制御弁１２ａが制御されることにより、吸気カム位相ＣＡＩＮを、値０と所定の最進角値ＣＡＩＮ＿ａｄとの間で連続的に変化させる。それにより、吸気弁４のバルブタイミングが、図２に実線で示す基準タイミングと、図２に１点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。なお、この図２では、排気上死点が「排気ＴＤＣ」と表記されており、この点は後述する各図においても同様である。

この場合、所定の最進角値ＣＡＩＮ＿ａｄは、所定の正値に設定されている。したがって、吸気弁４のバルブタイミングは、吸気カム位相ＣＡＩＮが値０から増大するほど、基準タイミングに対してより進角側のタイミングに変更される。それにより、吸気弁４と排気弁５のバルブオーバーラップ期間がより長くなる。また、以下の説明では、吸気弁４のバルブタイミングを「吸気バルブタイミング」という。

また、排気動弁機構２０は、排気弁５を駆動する排気カムシャフト２１と、可変排気カム位相機構２２などで構成されている。この可変排気カム位相機構２２は、排気カムシャフト２１のクランクシャフト３ｃに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）ＣＡＥＸを無段階に（すなわち連続的に）進角側または遅角側に変更することで、排気弁５のバルブタイミングを変更するものであり、排気カムシャフト２１の排気スプロケット（図示せず）側の端部に設けられている。

この可変排気カム位相機構２２は、上述した可変吸気排気カム位相機構１２と同様に構成されており、排気カム位相制御弁２２ａなどを備えている。この可変排気カム位相機構２２の場合、ＥＣＵ２からの駆動信号によって排気カム位相制御弁２２ａが制御されることにより、排気カム位相ＣＡＥＸを、値０と所定の最遅角値ＣＡＥＸ＿ｒｔとの間で連続的に変化させる。それにより、排気弁５のバルブタイミングが、図２に実線で示す基準タイミングと、図２に破線で示す最遅角タイミングとの間で無段階に変更される。

この場合、所定の最遅角値ＣＡＥＸ＿ｒｔは、所定の正値に設定されており、したがって、排気弁５のバルブタイミングは、排気カム位相ＣＡＥＸが値０から増大するほど、基準タイミングに対してより遅角側のタイミングに変更される。それにより、バルブオーバーラップ期間がより長くなる。なお、以下の説明では、排気弁５のバルブタイミングを「排気バルブタイミング」という。

また、エンジン３には、点火プラグ６、燃料噴射弁７およびクランク角センサ３０が設けられており、これらの点火プラグ６および燃料噴射弁７はいずれも、気筒３ａごとに設けられている（いずれも１つのみ図示）。燃料噴射弁７は、各気筒３ａの吸気ポート内に燃料を噴射するようにインテークマニホールドに取り付けられている。点火プラグ６および燃料噴射弁７はいずれも、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、燃料噴射弁７による燃料の噴射量および噴射時期と、点火プラグ６による混合気の点火時期とが制御される。すなわち、燃料噴射制御と点火時期制御が実行される。

さらに、クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

一方、ＥＣＵ２には、エアフローセンサ３１、吸気圧センサ３２、吸気温センサ３３、排気圧センサ３４、排気温センサ３５、吸気カム角センサ３６および排気カム角センサ３７が電気的に接続されている。このエアフローセンサ３１は、吸気通路８内を流れる新気の流量を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このエアフローセンサ３１の検出信号に基づき、吸入空気量ＧＡＩＲを算出する。

また、吸気圧センサ３２は吸気通路８内の圧力（以下「吸気圧」という）Ｐｉｎを、検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この吸気圧Ｐｉｎは、絶対圧として検出される。さらに、吸気温センサ３３は、吸気通路８内の空気の温度（以下「吸気温」という）Ｔｉｎを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この吸気温Ｔｉｎは、絶対温度として検出される。

一方、排気圧センサ３４は、排気通路９内の圧力（以下「排気圧」という）Ｐｅｘを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この排気圧Ｐｅｘは、絶対圧として検出される。また、排気温センサ３５は、排気通路９内の排ガスの温度（以下「排気温」という）Ｔｅｘを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この排気温Ｔｅｘは、絶対温度として検出される。なお、本実施形態では、排気圧センサ３４が排気圧取得手段に相当し、排気温センサ３５が排気温取得手段に相当する。

また、吸気カム角センサ３６は、吸気カムシャフト１１の可変吸気カム位相機構１２と反対側の端部に設けられており、吸気カムシャフト１１の回転に伴い、パルス信号である吸気ＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この吸気ＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、吸気カム位相ＣＡＩＮを算出する。

さらに、排気カム角センサ３７は、排気カムシャフト２１の可変排気カム位相機構２２と反対側の端部に設けられており、排気カムシャフト２１の回転に伴い、パルス信号である排気ＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この排気ＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。なお、本実施形態では、クランク角センサ３０、吸気カム角センサ３６、および排気カム角センサ３７がバルブタイミング取得手段に相当し、吸気カム位相ＣＡＩＮが吸気弁４のバルブタイミングを、排気カム位相ＣＡＥＸが排気弁５のバルブタイミングをそれぞれ表す値に相当する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、以上の各種のセンサ３０〜３７の検出信号などに基づいて、以下に述べるように、内部ＥＧＲ量の算出処理を実行するとともに、点火プラグ６、燃料噴射弁７、吸気カム位相制御弁１２ａおよび排気カム位相制御弁２２ａの動作状態を制御する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、バルブタイミング取得手段、基準筒内ガス量算出手段、流出入ガス変化量算出手段、内部ＥＧＲ量算出手段、基準筒内容積取得手段、流出ガス変化量算出手段、および流入ガス変化量算出手段に相当する。

以下、本実施形態の内部ＥＧＲ量算出装置１による内部ＥＧＲ量の算出手法の原理および観点について説明する。まず、図３を参照しながら、ＣＡＩＮ＝ＣＡＥＸ＝０に設定されている場合、すなわち吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングがいずれも前述した図２に実線で示す基準タイミングに設定されている場合の既燃ガスの流れについて説明する。

なお、図３（ａ）において、ハッチングを施した矢印が気筒３ａ内から吸気通路８および排気通路９に流れ出る既燃ガスの流れを表しており、図３（ｂ）において、網掛けを施した矢印が吸気通路８および排気通路９から気筒３ａ内に流れ込む既燃ガスの流れを表している。これらの点は、後述する図６，１０においても同様である。

図３（ａ）に示すように、ピストン３ｂが排気上死点に到達していない状態では、排気弁５が開弁状態にあり、排気圧Ｐｅｘが気筒３ａ内の圧力よりも低い状態にあることで、気筒３ａ内の既燃ガスが排気通路９側に流れ出る。これに加えて、吸気弁４が開き始めたタイミング以降、吸気圧Ｐｉｎが気筒３ａ内の圧力よりも低い状態にあることで、気筒３ａ内の既燃ガスが吸気通路８側にも流れ出る。この場合、排気弁５のリフトが吸気弁４のリフトよりも大きいことで、排気通路９側への既燃ガスの流出量が、吸気通路８側への流出量よりも多い状態となる。

また、図３（ｂ）に示すように、ピストン３ｂが排気上死点に達した以降は、吸気弁４および排気弁５の双方が開弁状態にあることで、既燃ガスが吸気通路８側および排気通路９側から気筒３ａ内に流れ込む。そして、排気弁５が閉弁した以降は、既燃ガスが吸気通路８側からのみ気筒３ａ内に流れ込むことになることで、吸気通路８側からの既燃ガスの流入量が、排気通路９側からの流入量よりも多い状態となる。

以上の動作原理により、本実施形態のエンジン３の場合、吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングがいずれも基準タイミングに設定されているときには、図４に示すように、既燃ガスの気筒３ａ外への流出量と気筒３ａ内への流入量とが互いに同じ値になるとともに、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１は、後述する基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０となる。なお、同図において、ハッチングを施した矢印の長さが既燃ガスの気筒３ａ内への流入量を表すとともに、網掛けを施した矢印の長さが気筒３ａ外への流出量を表している。これらの点は、後述する図７，１１においても同様である。

一方、図５に示すように、ＣＡＩＮ＝０で、ＣＡＥＸ＞０に設定されている場合、すなわち、吸気バルブタイミングが基準タイミングに設定され、排気バルブタイミングが基準タイミングよりも遅角側に設定されている場合、既燃ガスの流れは図６に示すようになる。なお、図５において、実線で示す排気弁５のバルブリフト曲線がＣＡＥＸ＞０のときのものであり、２点鎖線のバルブリフト曲線は、参考のために示したＣＡＥＸ＝０のときのものである。

まず、図６（ａ）に示すように、ピストン３ｂが排気上死点に到達していない状態では、前述した図３（ａ）の場合と同様に、排気弁５が開弁状態にあり、排気圧Ｐｅｘが気筒３ａ内の圧力よりも低い状態にあることで、気筒３ａ内の既燃ガスが排気通路９側に流れ出る。これに加えて、吸気弁４が開き始めたタイミング以降、吸気圧Ｐｉｎが気筒３ａ内の圧力よりも低い状態にあることで、気筒３ａ内の既燃ガスが吸気通路８側にも流れ出る。この場合、ＣＡＩＮ＝０であるので、既燃ガスの流出量は、図３（ａ）の場合と同じになる。

また、図６（ｂ）に示すように、ピストン３ｂが排気上死点に達した以降は、前述した図３（ｂ）の場合と同様に、吸気弁４および排気弁５の双方が開弁状態にあることで、既燃ガスが吸気通路８側および排気通路９側から気筒３ａ内に流れ込む。そして、排気弁５が閉弁した以降は、既燃ガスが吸気通路８側からのみ気筒３ａ内に流れ込むことになる。この場合、ＣＡＥＸ＞０であり、排気弁５の閉弁タイミングがＣＡＥＸ＝０のときよりも遅角側になるので、既燃ガスの流入量は、図３（ｂ）の場合よりも多くなる。

以上のように、本実施形態のエンジン３では、ＣＡＩＮ＝０で、ＣＡＥＸ＞０に設定されている場合、ＣＡＩＮ＝ＣＡＥＸ＝０の場合と比べて、既燃ガスの気筒３ａ外への流出量は同じであるものの、既燃ガスの気筒３ａ内への流入量が多くなる。その結果、図７に示すように、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１は、前述した基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０に増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸを加えた値ＧＥＧＲ１＿ＥＸとなる。これは、排気バルブタイミングが基準タイミングよりも遅角側に設定されていることに起因して、図８に示すように、筒内容積が基準タイミングのときと比べて、増大量ＤＶｃｙｌｅｘ１（図中の網掛けで示す領域の容積）分、増大したと見なせる状態にあることを意味する。

また、図９に示すように、ＣＡＩＮ＞０で、ＣＡＥＸ＝０に設定されている場合、すなわち、吸気バルブタイミングが基準タイミングよりも進角側に設定され、排気バルブタイミングが基準タイミングに設定されている場合、既燃ガスの流れは図１０に示すようになる。なお、図９において、実線で示す吸気弁４のバルブリフト曲線がＣＡＩＮ＞０のときのものであり、２点鎖線のバルブリフト曲線は、参考のために示したＣＡＩＮ＝０のときのものである。

まず、図１０（ａ）に示すように、ピストン３ｂが排気上死点に到達していない状態では、前述した図３（ａ）の場合と同様に、排気弁５が開弁状態にあり、排気圧Ｐｅｘが気筒３ａ内の圧力よりも低い状態にあることで、気筒３ａ内の既燃ガスが排気通路９側に流れ出る。これに加えて、吸気弁４が開き始めたタイミング以降、吸気圧Ｐｉｎが気筒３ａ内の圧力よりも低い状態にあることで、気筒３ａ内の既燃ガスが吸気通路８側にも流れ出る。この場合、ＣＡＩＮ＞０であり、吸気弁４の開弁タイミングがＣＡＩＮ＝０のときよりも進角側であるので、既燃ガスの流出量は、図３（ａ）の場合よりも多くなる。

また、図１０（ｂ）に示すように、ピストン３ｂが排気上死点に達した以降は、前述した図３（ｂ）の場合と同様に、吸気弁４および排気弁５の双方が開弁状態にあることで、既燃ガスが吸気通路８側および排気通路９側から気筒３ａ内に流れ込む。そして、排気弁５が閉弁した以降は、既燃ガスが吸気通路８側からのみ気筒３ａ内に流れ込むことになる。この場合、ＣＡＥＸ＝０であるので、既燃ガスの流入量は、図３（ｂ）の場合と同じになる。

以上のように、本実施形態のエンジン３では、ＣＡＩＮ＞０で、ＣＡＥＸ＝０に設定されている場合、ＣＡＩＮ＝ＣＡＥＸ＝０の場合と比べて、既燃ガスの気筒３ａ内への流入量は同じであるものの、既燃ガスの気筒３ａ外への流出量が多くなる。その結果、図１１に示すように、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１は、前述した基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０から減少量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮを減算した値ＧＥＧＲ１＿ＩＮとなる。これは、吸気バルブタイミングが基準タイミングよりも進角側に設定されていることに起因して、図１２に示すように、筒内容積が基準タイミングのときと比べて、減少量ＤＶｃｙｌｉｎ１（図中の網掛けで示す領域の容積）分、減少したと見なせる状態にあることを意味する。

以上の原理および観点に基づき、この内部ＥＧＲ量算出装置１では、図１３に示すように、内部ＥＧＲ量の算出処理が実行される。なお、この算出処理は、具体的には、ＥＣＵ２によって所定周期で実行される。

同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、ＲＯＭ内に記憶されている２つの基準筒内容積Ｖｃｙｌｉｎ＿０，Ｖｃｙｌｅｘ＿０の値を読み込む。これらの基準筒内容積Ｖｃｙｌｉｎ＿０，Ｖｃｙｌｅｘ＿０は、ＣＡＩＮ＝ＣＡＥＸ＝０のとき、すなわち吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングがいずれも基準タイミングにあるときの筒内容積であり、互いに同じ値に設定されている。

次に、ステップ２に進み、下式（１）により、基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０（基準筒内ガス量）を算出する。

この式（１）は気体の状態方程式であり、式（１）のＲｅは気体定数である。

ステップ２に続くステップ３で、吸気カム位相ＣＡＩＮに応じて、図１４に示すマップを検索することにより、筒内容積の吸気マップ値Ｖｃｙｌｉｎ＿ｍａｐを算出する。この吸気マップ値Ｖｃｙｌｉｎ＿ｍａｐは、吸気バルブタイミングが基準タイミングよりも進角側に設定されることに起因する、既燃ガスの気筒３ａ外への流出量の増大分を、基準筒内容積Ｖｃｙｌｉｎ＿０に上乗せした値であり、同図に示すように、吸気カム位相ＣＡＩＮが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、吸気カム位相ＣＡＩＮが大きいほど、吸気バルブタイミングが基準タイミングに対してより進角側に設定されることで、既燃ガスの流出量がより増大することによる。

次いで、ステップ４に進み、下式（２）により、減少量ＤＶｃｙｌｉｎ１を算出する。この減少量ＤＶｃｙｌｉｎ１は、前述したように、吸気バルブタイミングが基準タイミングよりも進角側にあることに起因する、筒内容積の減少量と見なせる値である。

次に、ステップ５で、排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、図１５に示すマップを検索することにより、筒内容積の排気マップ値Ｖｃｙｌｅｘ＿ｍａｐを算出する。この排気マップ値Ｖｃｙｌｅｘ＿ｍａｐは、排気バルブタイミングが基準タイミングよりも遅角側に設定されることに起因する、既燃ガスの気筒３ａ内への流入量の増大分を、基準筒内容積Ｖｃｙｌｅｘ＿０に上乗せした値であり、同図に示すように、排気カム位相ＣＡＥＸが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、排気カム位相ＣＡＥＸが大きいほど、排気バルブタイミングが基準タイミングに対してより遅角側に設定されることで、既燃ガスの気筒３ａ内への流入量がより増大することによる。

次いで、ステップ６に進み、下式（３）により、増大量ＤＶｃｙｌｅｘ１を算出する。この増大量ＤＶｃｙｌｅｘ１は、前述したように、排気バルブタイミングが基準タイミングよりも遅角側にあることに起因する、筒内容積の増大量と見なせる値である。

ステップ６に続くステップ７で、下式（４）により、流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ（流出ガス変化量）を算出する。この式（４）は気体の状態方程式に基づくものであり、この流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮは、吸気バルブタイミングが基準タイミングよりも進角側にあるときの、既燃ガスの気筒３ａ外への流出量の増大分に相当する。

次いで、ステップ８に進み、下式（５）により、流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ（流入ガス変化量）を算出する。この式（５）は気体の状態方程式に基づくものであり、この流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸは、排気バルブタイミングが基準タイミングよりも遅角側にあるときの、既燃ガスの気筒３ａ内への流入量の増大分に相当する。

次に、ステップ９で、下式（６）により、内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１（流出入ガス変化量）を算出する。

そして、最終的に、ステップ１０で、下式（７）により、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出した後、本処理を終了する。

次に、図１６および図１７を参照しながら、本実施形態の内部ＥＧＲ量算出装置１による内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１の算出結果の精度について説明する。両図において、横軸のオーバーラップ角度ＯＶＬは、吸気カム位相ＣＡＩＮと排気カム位相ＣＡＥＸの和として算出される値であり、値ＯＶＬｍａｘは、ＯＶＬｍａｘ＝ＣＡＩＮ＿ａｄ＋ＣＡＥＸ＿ｒｔとなる、オーバーラップ角度ＯＶＬの最大値を示している。この場合、吸気カム位相ＣＡＩＮおよび排気カム位相ＣＡＥＸが前述したように設定されている関係上、オーバーラップ角度ＯＶＬは、バルブオーバーラップ期間が長いほど、より大きい値として算出される。

また、図１６は、本実施形態の内部ＥＧＲ量算出装置１による内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１の算出誤差とオーバーラップ角度ＯＶＬとの関係を表しており、この算出誤差は、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１の算出結果と実際値との偏差を百分率で表したものである。また、図１７は、比較のために、内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１＝０とし、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＝ＧＥＧＲ１＿０としたときの、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１の算出誤差とオーバーラップ角度ＯＶＬとの関係を表している。

まず、図１６に示すように、基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０を内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１で補正することによって、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出した場合、オーバーラップ角度ＯＶＬの大小にかかわらず、算出誤差が±Ｎ（Ｎは整数）％の範囲内に収まっていることが判る。これに対して、図１７に示すように、内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１＝０とし、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０に等しい値として算出した場合には、算出誤差の絶対値が値Ｎを超えており、算出精度が低下していることが判る。すなわち、本実施形態のように、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出する際、基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０を内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１で補正することによって、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１の算出精度が向上することが判る。

以上のように、本実施形態の内部ＥＧＲ量算出装置１によれば、基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０が、基準筒内容積Ｖｃｙｌｉｎ＿０、排気温Ｔｅｘおよび排気圧Ｐｅｘに基づき、気体の状態方程式を用いることによって算出される。この場合、吸気弁４が開き始めるタイミングでは、排気弁５が開弁状態にあることで、筒内ガスの圧力および温度はそれぞれ、排気圧Ｐｅｘおよび排気温Ｔｅｘにほぼ等しい状態になる。したがって、そのような排気圧Ｐｅｘおよび排気温Ｔｅｘを用いて、基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０を算出することにより、基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０を、吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングがいずれも基準タイミングにあるときの内部ＥＧＲ量として精度よく算出することができる。

また、流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸから流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮを減算することにより、内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１が算出され、基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０に内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１を加算することにより、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１が算出される。この場合、流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮは、吸気バルブタイミングが基準タイミングよりも進角側にあるときの、既燃ガスの気筒３ａ外への流出量の増大分に相当し、流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸは、排気バルブタイミングが基準タイミングよりも遅角側にあるときの、既燃ガスの気筒３ａ内への流入量の増大分に相当するので、内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１は、既燃ガスの気筒３ａ内外への流出入量の、吸気バルブタイミングおよび排気バルブタイミングがいずれも基準タイミングにあるときの値に対する変化量として算出されることになる。したがって、そのような内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１を基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０に加算することによって、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１が算出されるので、吸気バルブタイミングおよび／または排気バルブタイミングの変更に伴う気筒３ａ内外に流出入する既燃ガス量の変化を反映させながら、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を適切にかつ精度よく算出することができる。それにより、内部ＥＧＲ量Ｇ
ＥＧＲ１の算出精度を向上させることができる。

さらに、前述したように、基準内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１＿０、流入ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ、流出ガス増大量ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ、内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１および内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を１回の算出処理で算出することができるので、積分演算処理を必要とする特許文献１の算出手法と比べて、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を容易に算出することができ、内部ＥＧＲ量ＧＥＧＲ１を算出する際の演算負荷を低減することができる。それにより、商品性を向上させることができる。

なお、実施形態は、吸気弁４および排気弁５の少なくとも一方のバルブタイミングが変更される内燃機関として、可変吸気カム位相機構１２および可変排気カム位相機構２２を備えた内燃機関３を用いた例であるが、本発明の内燃機関はこれに限らず、吸気弁および／または排気弁のバルブタイミングを変更できる内燃機関であればよい。

例えば、可変吸気カム位相機構１２のみを備えた内燃機関に対して、本発明の内部ＥＧＲ量算出装置を適用してもよい。その場合には、前述した図１３の算出処理において、ステップ５，６，８を省略し、ステップ９の内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１の算出式（６）において、ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ＝０とすればよい。

また、可変排気カム位相機構２２のみを備えた内燃機関に対して、本発明の内部ＥＧＲ量算出装置を適用してもよい。その場合には、前述した図１３の算出処理において、ステップ３，４，７を省略し、ステップ９の内部ＥＧＲ増減量ＤＧＥＧＲ１の算出式（６）において、ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ＝０とすればよい。

さらに、可変吸気カム位相機構１２および可変排気カム位相機構２２以外の機構によって、吸気弁４および／または排気弁５のバルブタイミングが変更される内燃機関を用いてもよい。例えば、バルブタイミングを変更する機構として、電気モータとギヤ機構を組み合わせたタイプの可変カム位相機構や、ソレノイドによって弁体が駆動される電磁動弁機構、３次元カムによってバルブタイミングを機械的に変更するバルブタイミング変更機構や、吸気弁４および／または排気弁５のリフトを変更することによって、吸気弁４および／または排気弁５のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更機構を用いてもよい。

さらに、本発明の内部ＥＧＲ量算出装置を、可変吸気カム位相機構１２および可変排気カム位相機構２２に加えて、吸気弁４および／または排気弁５のバルブリフトを変更する可変リフト機構をさらに備えた内燃機関に対して適用してもよい。その場合には、前述した図１４，１５のマップに代えて、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のバルブリフトの値に対応して、吸気マップ値Ｖｃｙｌｉｎ＿ｍａｐと吸気カム位相ＣＡＩＮの関係、および排気マップ値Ｖｃｙｌｅｘ＿ｍａｐと排気カム位相ＣＡＥＸの関係が設定されたＮ個のマップを用いて、２つの値Ｖｃｙｌｉｎ＿ｍａｐ，Ｖｃｙｌｅｘ＿ｍａｐを算出するように構成すればよい。また、前述した図１４，１５のマップに代えて、２つの値Ｖｃｙｌｉｎ＿ｍａｐ，Ｖｃｙｌｅｘ＿ｍａｐと、２つの吸気カム位相ＣＡＩＮ，ＣＡＥＸおよびバルブリフトとの関係を定義した２つのマップを用いて、２つの値Ｖｃｙｌｉｎ＿ｍａｐ，Ｖｃｙｌｅｘ＿ｍａｐを算出するように構成してもよい。

また、実施形態は、バルブタイミング取得手段として、ＥＣＵ２、クランク角センサ３０、吸気カム角センサ３６、排気カム角センサ３７を用いた例であるが、本発明のバルブタイミング取得手段はこれらに限らず、バルブタイミングを取得できるものであればよい。例えば、ＥＣＵ２および上記以外のセンサなどを用いて、バルブタイミングを検出するように構成してもよい。

さらに、実施形態は、排気圧取得手段として、排気圧センサ３４を用いた例であるが、本発明の排気圧取得手段はこれに限らず、排気圧を取得できるものであればよい。例えば、モデル式を用いた推定演算手法により、排気圧の推定値を算出するように構成してもよい。

一方、実施形態は、排気温取得手段として、排気温センサ３５を用いた例であるが、本発明の排気温取得手段はこれに限らず、排気温を取得できるものであればよい。例えば、モデル式を用いた推定演算手法により、排気温の推定値を算出するように構成してもよい。

また、実施形態は、本発明の内部ＥＧＲ量算出装置１を車両用の内燃機関３に適用した例であるが、本発明の内部ＥＧＲ量算出装置は、これに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能である。

１ 内部ＥＧＲ量算出装置
２ ＥＣＵ（バルブタイミング取得手段、基準筒内ガス量算出手段、流出入ガス変化 量算出手段、内部ＥＧＲ量算出手段、基準筒内容積取得手段、流出ガス変化量算 出手段、流入ガス変化量算出手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
４ 吸気弁
５ 排気弁
９ 排気通路
３０ クランク角センサ（バルブタイミング取得手段）
３４ 排気圧センサ（排気圧取得手段）
３５ 排気温センサ（排気温取得手段）
３６ 吸気カム角センサ（バルブタイミング取得手段）
３７ 排気カム角センサ（バルブタイミング取得手段）
ＧＥＧＲ１＿０ 基準内部ＥＧＲ量（基準筒内ガス量）
ＤＧＥＧＲ１ 内部ＥＧＲ増減量（流出入ガス変化量）
ＧＥＧＲ１ 内部ＥＧＲ量
Ｔｅｘ 排気温
Ｐｅｘ 排気圧
Ｖｃｙｌｉｎ＿０ 基準筒内容積
ＣＡＩＮ 吸気カム位相（吸気弁のバルブタイミングを表す値）
ＤＧＥＧＲ１＿ＩＮ 流出ガス増大量（流出ガス変化量）
ＣＡＥＸ 排気カム位相（排気弁のバルブタイミングを表す値）
ＤＧＥＧＲ１＿ＥＸ 流入ガス増大量（流入ガス変化量）

Claims (7)

1. 吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することによって、気筒内に残留する既燃ガス量である内部ＥＧＲ量が変更されるとともに、当該バルブタイミングの変更状態にかかわらず、１燃焼サイクル中にバルブオーバーラップが発生するように構成された内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置であって、
   前記バルブタイミングを取得するバルブタイミング取得手段と、
   前記バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに前記気筒内に残留する既燃ガス量である基準筒内ガス量を算出する基準筒内ガス量算出手段と、
   前記バルブタイミングに応じて、前記吸気弁および前記排気弁の開弁期間中において前記気筒内に流出入する既燃ガスの、前記バルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量を流出入ガス変化量として算出する流出入ガス変化量算出手段と、
   前記基準筒内ガス量に前記流出入ガス変化量を加算することにより、前記内部ＥＧＲ量を算出する内部ＥＧＲ量算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置。
2. 吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することによって、気筒内に残留する既燃ガス量である内部ＥＧＲ量が変更される内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置であって、
   前記バルブタイミングを取得するバルブタイミング取得手段と、
   前記バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに前記気筒内に残留する既燃ガス量である基準筒内ガス量を算出する基準筒内ガス量算出手段と、
   前記バルブタイミングに応じて、前記吸気弁および前記排気弁の開弁期間中において前記気筒内に流出入する既燃ガスの、前記バルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量を流出入ガス変化量として算出する流出入ガス変化量算出手段と、
   前記基準筒内ガス量および前記流出入ガス変化量に基づき、前記内部ＥＧＲ量を算出する内部ＥＧＲ量算出手段と、
   を備え、
   前記吸気弁のバルブタイミングが変更可能に構成されており、
   前記バルブタイミング取得手段は、前記吸気弁のバルブタイミングを取得し、
   前記吸気弁のバルブタイミングに基づき、前記気筒内から流出する既燃ガス量の、当該吸気弁のバルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流出ガス変化量として算出する流出ガス変化量算出手段をさらに備え、
   前記流出入ガス変化量算出手段は、前記流出ガス変化量に基づき、前記流出入ガス変化量を算出することを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置。
3. 吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することによって、気筒内に残留する既燃ガス量である内部ＥＧＲ量が変更される内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置であって、
   前記バルブタイミングを取得するバルブタイミング取得手段と、
   前記バルブタイミングが所定の基準タイミングにあるときに前記気筒内に残留する既燃ガス量である基準筒内ガス量を算出する基準筒内ガス量算出手段と、
   前記バルブタイミングに応じて、前記吸気弁および前記排気弁の開弁期間中において前記気筒内に流出入する既燃ガスの、前記バルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの流出入量に対する変化量を流出入ガス変化量として算出する流出入ガス変化量算出手段と、
   前記基準筒内ガス量および前記流出入ガス変化量に基づき、前記内部ＥＧＲ量を算出する内部ＥＧＲ量算出手段と、
   を備え、
   前記吸気弁および前記排気弁の双方のバルブタイミングが変更可能に構成されており、
   前記バルブタイミング取得手段は、前記吸気弁および前記排気弁の双方のバルブタイミングを取得し、
   前記吸気弁のバルブタイミングに基づき、前記気筒内から流出する既燃ガス量の、当該吸気弁のバルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流出ガス変化量として算出する流出ガス変化量算出手段と、
   前記排気弁のバルブタイミングに基づき、前記気筒内に流入する既燃ガス量の、当該排気弁のバルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流入ガス変化量として算出する流入ガス変化量算出手段と、をさらに備え、
   前記流出入ガス変化量算出手段は、前記流出ガス変化量および前記流入ガス変化量に基づき、前記流出入ガス変化量を算出することを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置。
4. 前記内燃機関の排気通路内の排ガスの温度である排気温を取得する排気温取得手段と、
   前記内燃機関の前記排気通路内の排ガスの圧力である排気圧を取得する排気圧取得手段と、
   前記バルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの前記気筒の容積である基準筒内容積を取得する基準筒内容積取得手段と、をさらに備え、
   前記基準筒内ガス量算出手段は、前記排気温、前記排気圧および前記基準筒内容積に基づき、気体の状態方程式を用いることによって、前記基準筒内ガス量を算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置。
5. 前記吸気弁のバルブタイミングが変更可能に構成されており、
   前記バルブタイミング取得手段は、前記吸気弁のバルブタイミングを取得し、
   前記吸気弁のバルブタイミングに基づき、前記気筒内から流出する既燃ガス量の、当該吸気弁のバルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流出ガス変化量として算出する流出ガス変化量算出手段を、をさらに備え、
   前記流出入ガス変化量算出手段は、前記流出ガス変化量に基づき、前記流出入ガス変化量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置。
6. 前記排気弁のバルブタイミングが変更可能に構成されており、
   前記バルブタイミング取得手段は、前記排気弁のバルブタイミングを取得し、
   前記排気弁のバルブタイミングに基づき、前記気筒内に流入する既燃ガス量の、当該排気弁のバルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流入ガス変化量として算出する流入ガス変化量算出手段をさらに備え、
   前記流出入ガス変化量算出手段は、前記流入ガス変化量に基づき、前記流出入ガス変化量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置。
7. 前記吸気弁および前記排気弁の双方のバルブタイミングが変更可能に構成されており、
   前記バルブタイミング取得手段は、前記吸気弁および前記排気弁の双方のバルブタイミングを取得し、
   前記吸気弁のバルブタイミングに基づき、前記気筒内から流出する既燃ガス量の、当該吸気弁のバルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流出ガス変化量として算出する流出ガス変化量算出手段と、
   前記排気弁のバルブタイミングに基づき、前記気筒内に流入する既燃ガス量の、当該排気弁のバルブタイミングが前記所定の基準タイミングにあるときの値に対する変化分を流入ガス変化量として算出する流入ガス変化量算出手段と、をさらに備え、
   前記流出入ガス変化量算出手段は、前記流出ガス変化量および前記流入ガス変化量に基づき、前記流出入ガス変化量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量算出装置。

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